基于車載終端的城市道路輔助監控系統研究

丁銳+虞尚智+譚論正

摘 要：文中提出了一種基于車載終端的城市道路輔助監控系統，可由此形成一個強大的移動電子眼網絡，為城市公共安全提供有力保障。利用分步式存儲的概念，將車載終端的記錄視頻分時段存儲在本地，解決了基于車載終端的海量數據共享與存儲成本之間的矛盾。車載終端只需將其移動軌跡信息實時上傳至云端服務器，云端服務器根據應用端需求查找符合要求的車載終端數據點，請求相應的車載終端上傳視頻數據至云端服務器，再交由應用端進行處理即可。

關鍵詞：車載終端；城市道路輔助監控；公共安全；云端服務器；智慧城市；物聯網

中圖分類號：TP277 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2017）11-00-03

0 引 言

伴隨著汽車數量的不斷增長和普及，交通事故頻發。對于交通事故發生后的責任劃分常由于事故發生時沒有視頻錄像而導致責任不清晰，甚至出現車主被“碰瓷”的現象。而車載終端可以記錄事故現場錄像，還原事故場景，避免了責任不清的問題，成為了很多車主保護自身權益的利器[1]。因此，車載終端逐漸成為汽車標配[2]。

車載終端總量的大幅增加，相當于公共道路上多了眾多移動的攝像頭。但這些移動攝像頭并未聯網，因此，其視頻監控數據只限于本地使用，無法用于公共安全領域。與此同時，隨著高清消費電子市場的繁榮以及4G等無線通信技術的發展，高清視頻監控日漸成為公共安全領域眾多監控技術發展的重點之一[3]。由此就形成了一個矛盾：一方面，公共安全領域需要越來越多的攝像頭，但由于公共資源投入的限制不可能無限制增多；另一方面，道路上行駛汽車的車載終端就是一個移動的攝像頭，其視頻監控數據無法用于公共安全領域。本文提出的基于車載終端的城市道路輔助監控系統很好地解決了這一矛盾。

1 車載視頻監控系統簡介

受益于4G、WiMAX等無線通信技術的發展，車載視頻監控系統獲得了快速發展，無線高清車載監控應用模式將成為主流[4]。雖然4G的帶寬相比3G得到了很大提高，傳輸速率是3G網絡的10倍，但總體的網絡資源有限，且目前階段4G的資費比較昂貴[5]。

文獻[5]提出了一種基于4G的車載視頻監控系統，由前端移動取證設備、傳輸網絡、后端中心管理平臺和監控指揮中心組成。文獻[6]分析了基于4G網絡車載視頻監控系統的關鍵技術，而實現實時車載視頻監控系統的難點在于高清實時視頻需要大量高速傳輸的數據。文獻[7]提出，高清視頻監控系統給存儲系統帶來了巨大挑戰。文獻[8]提出了一種基于Android的車載視頻智能監控系統，完成了單路640×480圖像質量的實時傳輸測試。文獻[9]提出的基于Android的車載視頻監控完成了4路實時高清視頻監控測試，由測試可知，一臺中心服務器最多支持1 800路視頻同時請求。

若按照720 P（25幀/s，4 Mb/s）的圖像質量要求，每路圖像每天的監控時間為8小時，則需要14 GB流量[5]，即使采用H.265/MPEG-HEVC編碼（相對于H.264/MPEG/AVC可節省40%～50%的碼流[6]），每路圖像也需要約4 GB流量。本文提出，將道路上行駛的汽車所裝載的車載終端聯網，形成一個城市道路輔助監控系統，但若將這些視頻數據全部實時傳輸到后臺數據庫，必然需要大量數據服務器及傳輸帶寬，技術實現難度大，成本上亦不可行。即使對于三四線城市而言，每天至少有10萬輛裝載有車載終端的汽車在道路上行駛，按每輛車每天8小時計算，所需流量已達到400 TB，以目前的4G資費來說難以承受，同時對存儲要求也非常高。

為解決基于車載終端的海量數據共享與存儲成本之間的矛盾，本文提出將車載終端的記錄視頻分時段存儲在本地。車載終端只需將其移動軌跡信息實時上傳至云端服務器，云端服務器響應應用端視頻數據請求，根據車載終端上傳的軌跡信息查找符合要求的車載終端數據點，請求相應的車載終端上傳視頻數據至云端服務器，再由云端服務器轉發至應用端播放。即車載終端的視頻監控數據平時存儲在本地，只需把軌跡信息實時上傳，相對而言，所需傳輸的數據量大大減少，只有當后臺服務器根據需求匹配相應的軌跡信息時，才需要車載終端上傳相應的視頻監控數據。

2 城市道路輔助監控系統架構設計

2.1 城市道路輔助監控系統的系統框架

本文提出了一種基于車載終端的城市道路輔助監控系統，該系統包括若干移動視頻源。移動視頻源包括車載終端，擁有與云端互聯通訊的無線通訊模塊。云端建立有數據庫服務器、數據接入服務器、應用服務器及數據處理中心，各服務器分別連接數據處理中心及應用端，用于發出視頻數據請求及由數據處理中心獲取視頻數據。數據庫服務器用于存儲車載終端的移動軌跡數據以及暫存由車載終端上傳的視頻數據。數據接入服務器用于與車載終端通訊，為其提供接入數據鏈路。應用服務器用于建立與開發視頻數據共享系統及該系統上的各類應用。系統框架如圖1所示。

2.2 車載終端的原理框架

車載終端包括GPS/北斗定位模塊、WiFi通信模塊、GPRS/3G/4G通信模塊、SD卡模塊、高清攝像頭、麥克風、音視頻協處理器、NAND Flash、CPU和電源管理模塊。

車載終端還可以通過WiFi直連的方式將視頻數據傳輸給手機，再經由手機與云端建立連接。因為手機大多時候都實時在線，所以系統具有更高的實時性，同時也可以減少車載終端中GPRS/3G/4G通信模塊的使用數量。車載終端的原理框架如圖2所示。

2.3 海量數據共享方法的流程

基于車載終端的海量數據共享方法流程包含以下步驟：

（1）由車載終端實時記錄道路上的狀況，分時間段存儲；

（2）該車載終端將其移動軌跡信息實時上傳至云端服務器，其中每個車載終端由唯一的地址編碼識別；

（3）云端服務器響應應用端的視頻數據請求，列出符合請求條件的若干車載終端數據點，該視頻數據請求包括某一特定時間或時間段、某一特定位置或位置范圍；endprint

（4）選擇對應的車載終端和數據點，云端服務器向該數據點對應的車載終端發出上傳視頻數據請求，該上傳視頻數據請求中包括車載終端的地址編碼和時間點；

（5）云端服務器將視頻數據傳輸至應用端播放。

車載終端啟動后，以固定的時間間隔向云端服務器發送在線信號，云端服務器由該在線信號判斷車載終端的狀態（在線狀態或離線狀態）。應用端按特定時間與位置篩選出匹配的車載終端軌跡信息記錄，獲取對應的視頻數據。當車載終端處于在線狀態時，車載終端直接響應云端服務器的上傳視頻數據請求；當車載終端處于離線狀態時，云端服務器向車載終端對應的備案用戶手機發送信息，提醒用戶開啟車載終端。其流程如圖3所示。

車載終端實時上傳的僅是移動軌跡信息，數據量很小，不會超出云端服務器的處理能力范圍，也不會造成網絡數據擁堵。因為只在有需要時才獲取視頻數據，相當于將原本應存于云端服務器的視頻數據分散保存于車載終端上，而這本就是車載終端具有的功能，所以能夠很好地優化數據結構，極大地降低技術難度和數據傳輸成本。

視頻數據通過移動運營網絡上傳至云端服務器，優先采用基于手機卡的GPRS/3G/4G網絡傳輸，解決了無線實時傳輸與唯一地址編碼的問題，且技術成熟，無需額外增加太多成本。

3 應用場景及實現問題

本文提出的城市道路輔助監控系統可以更靈活、更及時地獲知路面情況，對處理突發事件、環保違法、交通違章、道路路障清理、失蹤人口定位、犯罪現場處理及犯罪嫌疑人行蹤查錄等有關問題具有重要參考意義。例如，各地城市幾乎每天都有老人及婦女兒童走失或被拐賣的案例報道，此類事件的發生往往是由于現有的公共安全攝像頭不足，無法快速追蹤定位。若有了基于車載終端的城市道路輔助監控系統，則可以根據事發道路時間、地點，查找相應經過的車載終端的視頻監控來幫助相關部門更快找到失蹤人口。

本系統的實現難度在于需要政府前期投入一定的資源，吸引車主更換專用的帶聯網功能的車載終端（如由政府補貼），并且采取一定的獎勵措施鼓勵車主使用專用車載終端（若使用視頻監控數據則給予相應獎勵）。只有越來越多的車載終端加入到城市道路輔助監控系統中，其覆蓋范圍才能越發寬廣，發揮的作用才會越大。

4 結 語

本文提出了一種基于車載終端的城市道路輔助監控系統，其關鍵點在于將海量車載終端的監控數據存儲在本地，車載終端只需上傳移動軌跡信息，云端服務器根據應用需求匹配相應的軌跡信息，再請求車載終端上傳視頻監控數據，將其傳送至應用端播放，滿足應用需求。該系統可以形成一個強大的移動電子眼網絡，為城市公共安全服務。

參考文獻

[1]友文.不怕碰瓷兒——高清行車記錄儀導購[J].電腦知識與技術（經驗技巧），2015（2）：68-70.

[2]佚名.行車記錄儀逐漸成私家車“標配”[J].質量探索，2015（8）：22-23.

[3]楊艷秋，李仕偉，李寶林.基于4G網絡車載視頻監控系統的設計與探討[J].無線互聯科技，2015（14）：4-6.

[4]毛曉東，樊亞文.高清視頻監控技術在城市公共安全中的應用[J].電視技術，2010，34（4）：103-105.

[5]楊振威.4G時代到來給無線車載監控發展帶來福音[J].中國安防，2014（14）：28-29.

[6]何海東，董全武，紀琳.H.265/HEVC、VP9、H.264編碼算法比較及性能測試分析[J].廣播與電視技術，2014，41（10）：47-52.

[7]覃磊.4G車載視頻傳輸關鍵技術及軟件系統的研究[D].杭州：浙江大學，2015.

[8]劉毅.高清監控帶給存儲系統的挑戰[J].中國公共安全（綜合版），2011（6）：103-108.

[9]譚紅平.基于Android的遠程車載視頻監控系統設計[D].成都：成都理工大學，2014.endprint